电梯自动救援装置使用双向DCDC转换器如何提高效率和降低成本

1.前言

由于电梯每天运送数百万人，因此操作安全至关重要。你有没有想过当电梯的主电源关闭时会发生什么？电梯会下降到升降机的轨道上，还是会卡在层门之间的某处？为防止第一个后果，故障安全制动机制可确保电梯轿厢在主电源关闭时立即停止。停止后，为了防止电梯内的人员被困在电梯内，直到电源恢复，自动救援装置（ARD），也称为电梯应急电源，开始发挥作用。

2.自动救援装置（ARD）介绍

ARD 是一种备用电源装置，可连续监控电梯主电源。由于电网故障或错误接线使电梯驱动器的输入相中断，可能会发生意外停机。ARD 检测到此类故障情况，立即开始为电梯驱动器供电并向电梯控制器发送故障信号。然后控制器释放电机驱动制动器，并将轿厢缓慢地带到最近的层门。汽车的方向取决于将其带到层门所需的最少功率。一旦到达最近的楼层，电梯门就会打开，音频/视频指示器指示可以安全离开。在预定的时间后，电梯门再次关闭，电梯驱动器的电源关闭。

3.自动救援装置（ARD）电源设计

图 1 说明了从传统 ARD 到电梯系统的连接。三相主电源通过主接触器连接到牵引驱动器。电源接触器与 ARD 接触器互锁，后者将 ARD 的输出连接到牵引驱动器。互锁可确保两个接触器不会同时打开，从而避免主电源与 ARD 输出短路。来自市电的单相输出通过接触器为电梯系统的其余组件供电，如控制器、门电机控制、制动器和安全链。” 该接触器还与 ARD 的单相输出接触器互锁。在正常操作期间，ARD 为备用电池充电；其逆变器输出与电梯系统断开。

图 1：电梯中的传统 ARD 系统连接

图 2 所示的 ARD 系统有一个 AC/DC 充电器功率级来为电池充电。DC/DC 转换器将电池电压升压至高电压，DC/AC 逆变器产生交流输出，为电梯牵引驱动和电梯控制装置供电。电路持续监控交流电源输入的断电和单相情况，并启用或禁用 ARD 内所需的功率级。

图 2：传统 ARD 系统

另一种方法是使用双向 DC/DC 转换器，如图 3 和图 4 所示。可以从两个方向传递能量。在 ARD 中，转换器直接连接到电梯牵引驱动器的直流链路。在正常运行期间，转换器像电池充电器一样工作，从直流链路为电池充电。当没有主电源时，转换器的工作方式类似于升压转换器，从电池为直流链路供电。ARD 内的另一个逆变器级为控制装置生成单相交流电压。

图 3：带有连接到电梯系统的双向 DC/DC 转换器的 ARD 系统

图 4：具有双向 DC/DC 的 ARD

比较这两种方法，表 1 显示了双向 DC/DC 转换器方法如何提供更多好处。

范围	使用不间断电源 (UPS) 的传统 ARD 系统	带有双向 DC/DC 转换器的 ARD 系统
转换器级数	三： · 用于为电池充电的 AC/DC 充电器。 · 一个 DC/DC 转换器，用于将电池电压提升到高电压。 · 直流/交流逆变器，为牵引驱动和电梯控制系统产生交流输出。	二： · AC/DC 电池充电器和 DC/DC 升压转换器组合在一个双向转换器中。 · 一个 DC/AC 逆变器，用于为电梯控制系统生成单相输出。取消了 DC/DC 转换器，逆变器直接由直流母线供电。
效率	低效率： · 三个开关转换器级的损耗。 · 电池电源由 ARD 转换为交流电源，然后由牵引驱动器的 AC/DC 整流器转换回直流链路电压。	高效率： · 只有两个开关功率级。 · 双向转换器直接连接到牵引驱动的直流链路。
成本	高的： · 需要互锁接触器（在图 1 中用红色框突出显示）为牵引驱动器提供交流电，并避免 ARD 输出与主电源短路。 · ARD 的输入和输出需要三相接线。 · 三个转换器级意味着更高的物料清单 (BOM) 成本。	低的： · 驱动电源不需要互锁接触器，因为双向转换器输出不可能与主电源短路。 · 接线更简单，为单相。 · 实现两个转换器级的 BOM 成本更低。

表 1：传统 ARD 与带有双向 DC/DC 转换器的 ARD 的比较

电梯 ARD 的典型电池电压为 24 V、36 V、48 V 和 60 V。三相 400 V交流供电的电梯牵引驱动器的标称直流链路电压约为 600 V。隔离式双向 DC/DC 转换器参考设计是一个 2kW、48V 至 400V 的数字控制双向功率级，用作半桥电池充电器和反向电流馈电全桥升压转换器。通过简单地重新设计变压器和选择适当额定的金属氧化物半导体场效应晶体管，该设计可扩展到不同的功率水平和输入电池电压。